TW201532179A - 基板處理裝置及方法 - Google Patents

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Yuji Kajihara
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Abstract

本發明，係提供可在更乾淨之狀態下搬送基板的供以冷卻基板用之基板處理裝置及方法。作為本發明的一實施形態相關之基板處理裝置的基板冷卻裝置(100)，係具備：腔室(101)；進行冷卻之冷卻部(109、112)；具有供以於腔室內載置基板(S)用的基板載置面(103a)，同時藉冷卻部而冷卻之基板保持器(103)；及具有於腔室內包圍基板載置面之側方的側壁部，同時藉冷卻部而冷卻之屏蔽(111)。再者，於屏蔽的內側之面的附近，係設有屏蔽加熱器(116)。

Description

基板處理裝置及方法
本發明，係關於供以在真空腔室內將基板作冷卻用的裝置及方法者。
已知為了對於基板連續進行複數個成膜處理及蝕刻處理等，而具備複數個處理腔室之枚葉式或串接式的基板處理系統裝置。成膜處理及蝕刻處理係一般而言在高熱下進行，故於基板處理系統係有時設有用於將實施成膜處理或蝕刻處理後之基板冷卻至既定的溫度之冷卻腔室(以下，亦稱作基板冷卻裝置)。將進行成膜處理或蝕刻處理後之基板搬送至冷卻腔室，在冷卻腔室中進行冷卻，使得可減低基板下降至既定的溫度之等待時間。
於專利文獻1，係揭露例示性之冷卻腔室。於記載在專利文獻1之冷卻腔室，係設有設於腔室內壁之上方冷卻構材與設於基板保持器之下方冷卻構材，藉上方冷卻構材與下方冷卻構材而夾住基板之表面與背面，使得可將基板急速冷卻。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本發明專利公開平成10-107126號公報
記載於專利文獻1之冷卻腔室，係為了防止基板之氧化或汙染而藉真空泵浦保持為真空。於真空下，冷卻成低溫之基板保持器係作用如真空泵浦，於表面吸附水分子等之氣體分子。另一方面，從外部搬送至冷卻腔室內之基板係高溫。為此，於搬送時基板接近基板保持器時，從基板對於吸附於基板保持器上之氣體分子賦予熱能，氣體分子之一部分被從基板保持器解放而放出至基板附近的空間。其結果，存在氣體分子附著於基板之表面之虞。專利文獻1之技術，係將高溫之基板載置於被水冷的基板保持器之情況，惟將室溫(0~50℃)之基板載置於被冷卻至-100℃以下的基板保持器之情況下亦發生同樣的現象。
即使暫時清潔冷卻腔室內而除去吸附於基板保持器之氣體分子，於基板之搬送時來自外部的氣體分子仍會被帶進冷卻腔室內，故隨著處理複數個基板使得吸附於基板保持器之氣體分子會再度增加。
本發明，係為了解決上述之問題點而創作 者，以提供可在更乾淨之狀態下搬送基板的供以冷卻基板用的基板處理裝置及方法作為目的。
本發明之一態樣，係一種基板處理裝置，特徵在於：具備：可將內部真空排氣之腔室；於前述腔室內，具有可冷卻基板之基板載置面的基板保持器；於前述腔室內，具有包圍前述基板載置面之側方而設的側壁部之屏蔽；及冷卻前述屏蔽之屏蔽冷卻手段。
依本發明相關之基板處理裝置，屏蔽被藉屏蔽冷卻手段而冷卻，同時屏蔽具有包圍基板載置面之側方的側壁部，故可將於基板搬送時從基板保持器所放出之氣體分子捕捉於屏蔽的側壁部上，減低氣體分子所致的基板之汙染。
1‧‧‧基板處理系統
2‧‧‧基板處理腔室
3‧‧‧搬送室
4‧‧‧預抽室
5‧‧‧自動裝載器
6‧‧‧外部盒
7‧‧‧搬送機器人
100‧‧‧基板冷卻裝置
101‧‧‧腔室
101a‧‧‧上壁
101b‧‧‧側壁
101c‧‧‧下壁
102‧‧‧閘閥
103‧‧‧基板保持器
103a‧‧‧基板載置面
104‧‧‧升降銷
105‧‧‧升降銷驅動機構
106‧‧‧機械式夾具
107‧‧‧機械式夾具驅動機構
108‧‧‧風箱
109‧‧‧基板保持器冷卻部
110‧‧‧基板保持器支柱
111‧‧‧屏蔽
111a‧‧‧側壁部
111b‧‧‧上壁部
111c‧‧‧底壁部
112‧‧‧屏蔽冷卻部
113‧‧‧屏蔽支柱
114‧‧‧開口部
115‧‧‧百葉件
116‧‧‧屏蔽加熱器
117‧‧‧腔室內加熱器
118‧‧‧腔室外加熱器
119‧‧‧排氣腔室
120‧‧‧排氣泵浦
121‧‧‧屏蔽內真空計
122‧‧‧腔室內真空計
123‧‧‧冷卻氣體導入部
124‧‧‧氣體管線
125‧‧‧氣體管線加熱器
200‧‧‧基板冷卻裝置
211‧‧‧屏蔽
211a‧‧‧側壁部
211b‧‧‧上壁部
211c‧‧‧底壁部
215‧‧‧百葉件
300‧‧‧基板冷卻裝置
311‧‧‧屏蔽
326‧‧‧屏蔽驅動機構
327‧‧‧風箱
900‧‧‧MTJ元件
901‧‧‧基板
902‧‧‧下部電極
903‧‧‧緩衝層
904‧‧‧自由層
905‧‧‧穿隧能障層
906‧‧‧CoFeB層
907‧‧‧配向分離層
908‧‧‧第1積層體
909‧‧‧非磁性中間層
910‧‧‧第2積層體
912‧‧‧Ta層
913‧‧‧上部電極
P‧‧‧氣體分子
S‧‧‧基板
[圖1]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置作繪示的示意構成圖。
[圖2]本發明的一實施形態相關之屏蔽的剖面圖。
[圖3]具備本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置的基板處理系統之示意構成圖。
[圖4]就使用本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置而進行冷卻處理的例示性之元件構成作繪示的示意圖。
[圖5]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻方法的流程圖作繪示之圖。
[圖6]就本發明的一實施形態相關之冷卻前準備的詳細之流程圖作繪示的圖。
[圖7]就本發明的一實施形態相關之冷卻處理的詳細之流程圖作繪示的圖。
[圖8]就本發明的一實施形態相關之刷新處理的詳細之流程圖作繪示的圖。
[圖9]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置作繪示的示意構成圖。
[圖10]本發明的一實施形態相關之屏蔽的剖面圖。
[圖11]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置作繪示的示意構成圖。
以下，參見圖式，而說明本發明的實施之形態，但本發明並非限定於本實施形態者。另外，在以下作說明之圖式中，具有同功能者係加上相同符號，亦有省略其重複的說明之情況。
(第1實施形態)
圖1，係就作為本實施形態相關之進行基板的冷卻之基板處理裝置的基板冷卻裝置100作繪示之示意構成圖。基板冷卻裝置100係具備腔室101與排氣腔室119。腔室101之上壁101a係設成可拆卸，可將上壁101a拆卸而進行維護、清潔等。於腔室101之側壁101b係設有可開閉 之閘閥102，可透過閘閥102而將基板S搬送於腔室101之內外。於腔室101內係設有具有基板載置面103a之基板保持器103，於基板載置面103a上係可載置基板S。
於基板保持器103係設有供以貫通基板載置面103而支撐基板S之背面用的棒狀之升降銷104，升降銷104係可藉升降銷驅動機構105沿著基板S或基板載置面103a之法線方向而上升及下降。此外，於基板保持器103係設有供以將基板S之表面的外周部作固定用之機械式夾具106，機械式夾具106係可藉機械式夾具驅動機構107沿著基板S或基板載置面103a之法線方向而上升及下降。升降銷驅動機構105及機械式夾具驅動機構107，係馬達、致動器等之任意的驅動手段。於升降銷104與升降銷驅動機構105之間、及機械式夾具106與機械式夾具驅動機構107之間，係為了可在保持腔室101之密閉狀態下移動升降銷104及機械式夾具106，而設有可伸縮之風箱108。
為了固定基板S，作為機械式夾具106及機械式夾具驅動機構107之替代，亦可設有藉靜電力而將基板S固定於基板保持器103之靜電吸附機構(ESC)。
於基板保持器103，係透過貫通腔室101之下壁101c的基板保持器支柱110，而連接著設於腔室101之外部的基板保持器冷卻部109(基板保持器冷卻手段)。利用基板保持器冷卻部109而將基板保持器103維持於低溫，使得可冷卻載置於基板載置面103a之基板 S。基板保持器冷卻部109，係具有供於測定基板保持器103之溫度用的不圖示之溫度測定部(例如，熱電偶)。基板保持器103及基板保持器支柱110，係利用熱導性高之金屬，例如銅或鋁而製作較佳。
於腔室101內，設有屏蔽111。屏蔽111係以包圍基板保持器103之側方，同時覆蓋基板保持器103之上方的方式而設。亦即，屏蔽111，係以包圍基板載置面103a之側方，同時對向於基板載置面103a的方式而設。
於屏蔽111，係透過貫通腔室101之上壁101a的屏蔽支柱113，而連接著設於腔室101之外部的屏蔽冷卻部112。利用屏蔽冷卻部112而將屏蔽111維持於低溫，使得可於在基板S之搬送時從基板保持器103所放出的氣體分子到達於屏蔽111之表面時，捕捉該氣體分子，亦即保持於表面。屏蔽冷卻部112，係具有供以測定屏蔽111之溫度用的不圖示之溫度測定部(例如，熱電偶)。屏蔽111及屏蔽支柱113，係利用熱導性高之金屬，例如銅或鋁而製作較佳。
基板保持器冷卻部109及屏蔽冷卻部112(屏蔽冷卻手段)，係供以藉任意之方法進行冷卻用的冷卻手段，可為例如利用氦之隔熱膨脹而進行冷卻的冷卻裝置(例如，Gifford-McMahon冷凍機或史特靈冷凍機等)，或可為使作為冷媒而從外部所供應的低溫之液態氮等的冷媒流通從而進行冷卻之裝置。在本實施形態係基板保持器冷卻部109與屏蔽冷卻部112以個別的構材而設，惟亦可 作為單一之冷卻部而設。
於對向於在屏蔽111之側面的閘閥102之部分，係設有基板S通過用的開口部114。從腔室101之外部所搬送的基板S係通過閘閥102及屏蔽111之開口部114而載置於基板保持器103，另外冷卻後之基板S係通過屏蔽111之開口部114及閘閥102而搬送至腔室101之外部。此外，於屏蔽111之側面的開口部114以外之部分，係設有使屏蔽111之內側與外側連通用的百葉件115。
於屏蔽111的內側之面的附近，亦即屏蔽111之對向於基板保持器103的面之附近，係設有屏蔽加熱器116。此外，於腔室101之壁面的內側附近係設有腔室內加熱器117，於腔室101之壁面的外側附近係設有腔室外加熱器118。屏蔽加熱器116及腔室內加熱器117，係對於附著在屏蔽111及腔室101之氣體分子賦予熱能而除去者，係燈等之可快速加熱的加熱手段較佳。另一方面，腔室外加熱器118，係將腔室101本身加熱者，係護套式加熱器(sheath heater)等之可將廣範圍加熱為高熱的加熱手段較佳。屏蔽加熱器116、腔室內加熱器117及腔室外加熱器118，係於圖1僅繪示一部分，以可將各面均勻加熱的方式而按既定之間隔作設置。
於腔室101，係以各個內部空間連通之方式而連接著排氣腔室119。於排氣腔室119係設有作為可將腔室101內作真空排氣之排氣部的排氣泵浦120。在排氣泵 浦120方面，係可依所需之真空度而採用乾式泵浦、渦輪分子泵浦等之任意的排氣手段，亦可將其等組合而運用。再者，於腔室101係設有供以測定屏蔽111內，亦即藉屏蔽111而區劃之空間內的壓力用之屏蔽內真空計121，於排氣腔室119係設有供以測定排氣腔室119內之壓力用的腔室內真空計122。
再者，於基板冷卻裝置100，係為了有效進行基板S之冷卻，而設有供以於基板S之背面與基板載置面103a之間導入冷卻氣體用的冷卻氣體導入部123。冷卻氣體導入部123係連接於作為冷卻氣體流通用的管之氣體管線124，氣體管線124係貫通腔室101及基板保持器103而開口於基板S之背面與基板載置面103a之間的空間。在從冷卻氣體導入部123所導入之冷卻氣體方面係可使用包含He、Ar或其等之中的至少一方之混合氣體，冷卻氣體遍布於基板S之背面使得可快速均勻冷卻基板S。氣體管線124係進一步連接於排氣泵浦120，可藉驅動排氣泵浦120而將使用後之冷卻氣體作排氣。氣體管線124係具備不圖示之可變閥，可變更路徑或流量。在圖1係氣體管線124僅繪示1系統，惟供以從冷卻氣體導入部123導入冷卻氣體用之氣體管線124與供以將冷卻氣體作排氣用的氣體管線124之2系統個別設置亦可。冷卻氣體導入部123，係具備質流控制器(MFC)、自動壓力控制器(APC)等之氣體流量調整手段較佳。另外，冷卻氣體導入部123係可不一定須設置，不使用上述之冷卻氣體，將 基板S直接載置於被冷卻之基板載置面103a亦可冷卻基板S不待言之。
於氣體管線124之附近，係設有氣體管線加熱器125。藉氣體管線加熱器125而加熱氣體管線124，使得可有效除去吸附於氣體管線之內面的氣體分子。氣體管線加熱器125，在圖1係僅設於氣體管線124之一部分，惟設於氣體管線124之整體亦可。在氣體管線加熱器125方面，係可採用任意之加熱手段，可採用例如帶式加熱器。
圖2，係含於本實施形態相關之基板冷卻裝置100的屏蔽111之剖面圖。屏蔽111，係包含將基板S或基板載置面103a之側方包圍的側壁部111a、將基板S或基板載置面103a之上方覆蓋的上壁部111b、及將比基板S或基板載置面103a之側方還下方亦即基板保持器103之側方包圍的底壁部111c。換言之，側壁部111a係沿著基板S或基板載置面103a之端面而延伸存在，上壁部111b係對向於基板S或基板載置面103a而設，底壁部111係沿著基板保持器103之側面而延伸存在。側壁部111a及底壁部111c係相對於基板S或基板載置面103a之法線大致平行而設，上壁部111b係相對於基板S或基板載置面103a大致平行而設。在本實施形態係側壁部111a、上壁部111b及底壁部111c，以一體之構材而製作，惟係分別製作之構材被連接的構成亦可。
於腔室101內被排氣而作成真空，同時基板 保持器103被冷卻時，基板保持器103係作用為將空間中之水分子等的氣體分子P(包含為氣樣之舉動的微小粒子)吸附的真空泵浦。於圖2，係繪示吸附於基板保持器103之表面的氣體分子P。於此狀態下，從基板冷卻裝置100之外部搬送來的基板S，係比被冷卻之基板保持器103相對上溫高數百度。為此，使來自外部之基板S為了載置而接近於基板保持器103之基板載置面103a時，從基板S對於吸附在基板保持器103之表面的氣體分子P賦予熱能，氣體分子P係被從基板保持器103之表面放出。
一般而言於基板S之表面(亦即，與基板保持器103係相反側之面)設有功能元件，故比起往基板S之背面(亦即，相向於基板保持器103之側的面)之氣體分子P的附著，往基板S之表面的氣體分子P之附著作為汙染而成為問題。於維持為真空之空間從基板保持器103所放出之氣體分子P，係於空間中如以圖2中之虛線A所示而大致直行。為此，在如歷來於基板保持器103之周圍未設置被冷卻的屏蔽111之情況下，氣體分子P係在腔室101之內壁等暫時吸附，一定機率下脫離(放出)，到達於基板S之表面而成為污染源。另一方面，於本實施形態相關之基板冷卻裝置100，係於基板保持器之周圍設有被冷卻之屏蔽111，故從基板保持器103之表面所放出的氣體分子P係大致直行而衝撞於側壁部111a，被捕捉於側壁部111a上。依如此之構成，使得可減低附著於基板S之表面而成為污染源的氣體分子P。
於此，就餘弦定律作說明。已知捕捉於腔室101之內壁或屏蔽111的氣體分子P被放出時，於氣體分子P行進之方向，係一般而言有稱作餘弦定律之隨機分布。依餘弦定律，飛行於捕捉之面的法線方向之機率最高。依餘弦定律，本實施形態之情況下，側壁部111a之法線係平行於基板載置面103a，故捕捉於側壁部111a之氣體分子P脫離時，在平行於基板載置面103a之方向上飛行的氣體分子P之比例最高。亦即，捕捉於側壁部111a之氣體分子P脫離時，朝向基板S之成膜面(表面)而飛行之可能性係低。
如以圖2中之虛線B所示，於氣體分子P之中係可能存在未在側壁部111a被捕捉或在暫時捕捉後脫離者。此時，氣體分子P係從側壁部111a依上述之餘弦定律而脫離，故以高機率飛行於側壁部111a之法線方向，以比其低之機率飛行於基板載置面103a之方向或從基板載置面103a遠離之方向。飛行於側壁部111a之法線方向的氣體分子P，係大致直行而衝撞於對向之側壁部111a，再度捕捉於側壁部111a。此外，飛行於從基板載置面103a遠離之方向的氣體分子P，係大致直行而衝撞於設在對向於基板載置面103a之位置的上壁部111b，捕捉於上壁部111b。其結果，大部分之氣體分子P由側壁部111a或上壁部111b所捕捉，故可能到達於基板S之表面的氣體分子P(亦即，從側壁部111a脫離而飛行於基板載置面103a之方向的氣體分子P)之數係大幅減低。因 此，在本實施形態係在屏蔽111方面除了側壁部111a以外設置上壁部111b，故比僅設置側壁部111a之情況更確實捕捉氣體分子P，可進一步減低附著於基板S之表面的氣體分子。
再者屏蔽111之底壁部111c，係設於基板保持器103與腔室101之內壁之間，包圍基板保持器103之側面。將腔室101整體作冷卻係耗費大量成本，故在本實施形態係腔室101本身不作冷卻，腔室101之內壁係相對於基板保持器103相對上高溫。為此，如歷來於基板保持器103之周圍未設置被冷卻的屏蔽111之情況下，係因輻射使得熱從腔室101之內壁傳至基板保持器103，基板保持器103之溫度分布變不穩定或不均勻。另一方面，於本實施形態相關之基板冷卻裝置100，係被冷卻之屏蔽111之底壁部111c設於基板保持器103與腔室101之內壁之間，故抑制從腔室101之內壁往基板保持器103的傳熱，易於將在基板保持器103之基板載置面103a之面內的溫度分布穩定化及均勻化。底壁部111c係不一定要包圍基板保持器103之高度方向的全部，只要包圍基板保持器103之高度方向的至少一部分，即可改善基板保持器103之溫度分布。此外，為了抑制屏蔽111與基板保持器103之間的傳熱而進一步改善基板保持器103之溫度分布，以基板保持器103及屏蔽111之溫度變大致相同的方式使基板保持器冷卻部109及屏蔽冷卻部112動作較佳。
百葉件115，係屏蔽111之側壁部111a及底 壁部111c的一部分相對於側壁部111a及底壁部111c之面傾斜而突出為板狀而設，百葉件115之根部係開口。依如此之構成，使得可實現維持成低溫之屏蔽111捕捉氣體分子之效果，同時於後述之刷新處理將氣化的氣體分子從屏蔽111之內部往外部透過百葉件115而排出。再者，為了含百葉件115之面與含側壁部111a及底壁部111c之面所夾的角在含上壁部111b之面側變銳角，百葉件115係傾斜而設。依上述之餘弦定律，依如此之構成，使得即使為氣體分子從百葉件115脫離之情況，氣體分子朝向基板S之表面的機率係低，朝向面向上壁部111b之方向的機率為高。另外，在圖1中，開口部114與百葉件115，係皆形成為側壁部111a之一部分，上壁部111b、側壁部111a及底壁部111c係連續之構材。
圖3，係具備本實施形態相關之基板冷卻裝置100的基板處理系統1之示意構成圖。基板處理系統1係枚葉式的裝置，具備複數個基板處理腔室2、預抽室4、本實施形態相關之基板冷卻裝置100。複數個基板處理腔室2係可為對於基板S進行相同的處理者，或亦可為進行不同的處理者。複數個基板處理腔室2、預抽室4、基板冷卻裝置100係透過搬送室3而連接，於各自的連接部分係設有可開閉之閘閥。於搬送室3係設有搬送機器人7，驅動搬送機器人7從而在各基板處理腔室2、預抽室4及基板冷卻裝置100之間按既定的處理順序而搬送基板S。於各基板處理腔室2、搬送室3及基板冷卻裝置100係分 別設有排氣泵浦，可在保持真空之下在腔室間搬送基板S。於預抽室4之外側，係設有供以供應基板S用的自動裝載器5。自動裝載器5，係以於大氣側從收納複數個基板之外部盒6每次取出一個基板，收容於預抽室4內之方式而構成。
圖4，係就利用本實施形態相關之基板冷卻裝置100而進行冷卻處理之例示性的MTJ(Magnetic Tunnel Junction)元件900之構成作繪示的示意圖。MTJ元件，係用於例如MRAM(Magnetic Random Access Memory)、磁感測器等。
MTJ元件900，係垂直磁化型元件(p-MTJ元件)。MTJ元件900，係於基板901上依序具備下部電極902、緩衝層(Ta層)903、自由層(CoFeB層)904、及穿隧能障層(MgO層)905。進一步於其上，MTJ元件900，係依序具備積層CoFeB層906、配向分離層(Ta層)907、第1積層體908、非磁性中間層(Ru層)909、第2積層體910而成之基準層、積層Ru層911與Ta層912而成之覆蓋層、及上部電極913。在MTJ元件900方面係不限於此處所示的構成，在不損及垂直磁化型元件之功能的範圍下可採用進行層之增減、各層之構成材料的變更、上下之積層順序的顛倒等之任意的變更之構成。
採用本實施形態相關之基板冷卻裝置100的冷卻處理，係於自由層(CoFeB層)904上成膜穿隧能障層(MgO層)905後，亦即於穿隧能障層(MgO層)905 之上成膜基準層的CoFeB層906前進行較佳。在此時間點運用基板冷卻裝置100而進行冷卻處理時，可因冷卻而使穿隧能障層905之特性提升，且可抑制於冷卻中穿隧能障層905之表面(亦即，穿隧能障層905與CoFeB層906之間的界面)受汙染。採用基板冷卻裝置100之冷卻處理，係可在其他任意之時間點進行，可在複數個時間點進行。
本實施形態相關之基板冷卻裝置100之適用對象係非限於圖4的MTJ元件900者，適用於在真空中進行冷卻處理的任意之基板或元件。
依本實施形態相關之基板冷卻裝置100，由於被冷卻之屏蔽111之側壁部111a包圍基板S或基板載置面103a之側方，故可捕捉基板S接近於基板保持器103時所放出的氣體分子，減低氣體分子所致的基板S之表面的汙染。此外，被冷卻之屏蔽111之上壁部111b覆蓋基板S或基板載置面103a之上方，故可高機率捕捉未由側壁部111a捕捉而脫離之氣體分子，進一步減低氣體分子所致的基板S之表面的汙染。此外，被冷卻之屏蔽111之底壁部111c比基板S或基板載置面103a之側方還下方包圍基板保持器103之側方，故可減低腔室101之內壁與基板保持器103之間的輻射所致之熱移動，將基板保持器103之熱分布穩定化及均勻化。
再者，於屏蔽111之內側的面之附近係設有屏蔽加熱器116，另外於腔室101之壁面的內側附近係設 有腔室內加熱器117，故可藉屏蔽加熱器116及腔室內加熱器117對於吸附於屏蔽111及腔室101之氣體分子賦予熱能而除去。
圖5，係就採用本實施形態相關之基板冷卻裝置100的基板冷卻方法之流程圖作繪示的圖。以下的基板冷卻方法，係藉基板冷卻裝置100所具備之不圖示的控制裝置而控制。首先，在不將基板S配置於腔室101內之狀態下，基板冷卻裝置100，係進行冷卻前準備(步驟S1)。於冷卻前準備之完畢後，基板冷卻裝置100係將基板S搬送於腔室101內而進行冷卻處理(步驟S2)。於冷卻處理之完畢後，於達成既定的結束條件之情況下(步驟S3之YES)，基板冷卻裝置100係結束基板冷卻方法。既定的結束條件，係指藉使用者輸入結束指示之既定的個數之處理完畢，或無接著應處理之基板S等，可任意定之。
再者，於未達成既定的結束條件之情況下(步驟S3的NO)，亦即從前次之刷新處理的執行後(尚未進行刷新處理之情況下係基板冷卻方法的開始後)算起既定個數(例如，10~20個)之基板被冷卻處理的情況下(步驟S4之YES)，基板冷卻裝置100係進行刷新處理(步驟S5)。刷新處理係使用者所為之執行指示被輸入的情況下，或從前次之刷新處理的執行後(尚未進行刷新處理之情況下係基板冷卻方法的開始後)既定時間經過後進行亦可。另外，關於刷新處理係利用圖8而詳細說 明。
於既定個數之基板未被冷卻處理之情況(步驟S4的NO)下，或刷新處理(步驟S5)之完畢後，基板冷卻裝置100係將下個基板S搬送於腔室101內而反覆冷卻處理(步驟S2)。
圖6，係就本實施形態相關之冷卻前準備(步驟S1)的詳細之流程圖作繪示的圖。首先，基板冷卻裝置100，係在基板S未配置於腔室101內之狀態下，開始排氣泵浦120之動作(步驟S11)。基板冷卻裝置100，係使排氣泵浦120維持動作直到全部的冷卻處理完畢，維持腔室101內之真空狀態。於腔室101內成為既定的真空度，亦即既定的壓力後，基板冷卻裝置100，係使屏蔽加熱器116、腔室內加熱器117及腔室外加熱器118動作，既定的時間經過後予以停止(步驟S12)。藉此，可使附著於腔室101之內壁及屏蔽111的氣體分子等氣化而從排氣泵浦120排出，減低可能發生於冷卻處理時的基板S之汙染。之後，基板冷卻裝置100，係開始基板保持器冷卻部109及屏蔽冷卻部112的動作(步驟S13)。基板保持器103及屏蔽111冷卻至既定的溫度後，基板冷卻裝置100係結束冷卻前準備。
圖7，係就本實施形態相關之冷卻處理(步驟S2)的詳細之流程圖作繪示的圖。首先，基板冷卻裝置100，係打開閘閥102，於基板冷卻裝置100內從外部搬送基板S(步驟S21)。本實施形態下的基板S之搬送係 藉連接於基板冷卻裝置100的搬送室3之搬送機器入7而進行，惟亦可於基板冷卻裝置100內設置搬送機器人7而搬送基板S。此時，基板保持器103之升降銷104係藉升降銷驅動機構105而被上升之狀態，搬送機器人7係將基板S配置於上升之升降銷104上。之後，基板冷卻裝置100，係關閉閘閥102。
之後，基板冷卻裝置100，係藉升降銷驅動機構105使升降銷104下降，而於處在冷卻之狀態的基板保持器103之基板載置面上載置基板S，同時藉機械式夾具驅動機構107使機械式夾具106下降而固定基板S(步驟S22)。此時，於升降銷104之下降中，亦即基板S接近於基板載置面103a時(例如，基板S與基板載置面103a之間成為10mm~20mm程度之距離時)使升降銷104暫時停止，於既定時間經過後再開始升降銷104之下降較佳。藉此，可防止使基板S急速接觸於基板保持器103而發生變化或破裂。另外，於基板保持器103之基板載置面103a上載置基板S時，係屏蔽111係至少需要處於被冷卻之狀態。當然，於基板冷卻裝置100內搬送基板S時，屏蔽111被冷卻較佳。
基板S固定於基板載置面103a後，基板冷卻裝置100，係從冷卻氣體導入部123於基板S與基板載置面103a之間的空間導入冷卻氣體，待機直到基板S之冷卻完畢(步驟S23)。基板S之冷卻的完畢，係可藉既定時間經過而判定，或亦可於基板冷卻裝置100設置任意之 溫度測定部而測定基板S之溫度從而判定。之後，使冷卻氣體的導入停止，而藉排氣泵浦120從基板S與基板載置面103a之間的空間將冷卻氣體作排氣。
於基板S之冷卻完畢後，藉機械式夾具驅動機構107使機械式夾具106上升，同時藉升降銷驅動機構105使升降銷104上升而從基板保持器103上卸下基板S(步驟S24)。基板冷卻裝置100，係打開閘閥102，往基板冷卻裝置100之外部搬送基板S(步驟S25)。如同步驟S21，基板S之搬送係藉連接於基板冷卻裝置100的搬送室3之搬送機器人7而進行。之後，基板冷卻裝置100，係關閉閘閥102，結束冷卻處理。亦可於接著進行下個基板S之冷卻處理的情況下，係於關閉閘閥102前將下個基板S搬送基板冷卻裝置100內。
圖8，係就本實施形態相關之刷新處理(步驟S5)的詳細之流程圖作繪示的圖。隨著進行複數次基板S之冷卻處理，從基板冷卻裝置100之外部緩慢帶進氣體分子，吸附於基板保持器103及屏蔽111之氣體分子不斷增加。其結果，吸附之氣體分子脫離而汙染基板S之虞不斷提高。所以，基板冷卻裝置100係每進行既定的數之基板S的冷卻處理，進行使設於屏蔽111之內部空間的屏蔽加熱器116動作而將氣體分子氣化及除去之刷新處理。首先，基板冷卻裝置100，係在基板S未配置於腔室101之狀態下，進行屏蔽加熱器116之動作(步驟S11)。在本實施形態下屏蔽加熱器116係予以動作數秒程度後予以停 止。藉此，可屏蔽加熱器116對於吸附在基板保持器103及屏蔽111之內壁的氣體分子賦予熱能而予以氣化，透過百葉件115而排出至屏蔽111之外。氣體分子係進一步從排氣泵浦120排出至基板冷卻裝置100之外。於屏蔽加熱器116之動作及停止後，確認基板保持器103及屏蔽111之溫度、以及腔室101內之真空度，分別成為既定的值時結束刷新處理(步驟S52)。
在本實施形態，係藉基板冷卻裝置100所具備之控制裝置而進行示於圖5~8的流程圖之各步驟的開始及結束之控制，惟亦可藉與基板冷卻裝置100個別而設之控制裝置進行基板冷卻裝置100之控制。此外，可使用者就一部分或全部之步驟對於基板冷卻裝置100明白進行開始及結束的指示，或亦可使用者自身執行一部分或全部的步驟。
(第2實施形態)
圖9，係就作為本實施形態相關之進行基板的冷卻之基板處理裝置的基板冷卻裝置200作繪示之示意構成圖。基板冷卻裝置200，係與第1實施形態相關之基板冷卻裝置100係僅關於屏蔽211之構成有異，其他構成係相同。
圖10，係含於本實施形態相關之基板冷卻裝置200的屏蔽211之剖面圖。屏蔽211，係包含將基板S或基板載置面103a之側方包圍的側壁部211a、將基板S或基板載置面103a之上方覆蓋的上壁部211b、及將比基 板S或基板載置面103a之側方還下方亦即基板保持器103之側方包圍的底壁部211c。在與第1實施形態相關之屏蔽111不同的點方面，係側壁部211a傾斜而設。具體而言，相對於基板S或基板載置面103a之法線方向C將側壁部211a所夾的角度定義為D(就基板S或基板載置面103a之法線設成D=0度，使從基板S或基板載置面103a遠離之方向為正方向)時，側壁部211a以成為0度<D<90度之方式傾斜。換言之，於屏蔽211，側壁部211a從上壁部211b之外周部而連續(亦即，平穩)傾斜而設，側壁部211a之徑小於上壁部211b的外周部之徑。為此，含上壁部211b之面與含側壁部211a之面，係於基板保持器側構成銳角。在本實施形態下底壁部211c係以與側壁部211a成為齊面的方式而設，故底壁部211c亦如同側壁部211a而傾斜。
依餘弦定律，使屏蔽211之側壁部211a傾斜，使得從側壁部211a脫離之氣體分子，係飛行於側壁部211a之法線方向的機率變最高。亦即，側壁部211a，係以於捕捉於側壁部211a之氣體分子被放出時，該氣體分子朝向接近上壁部211b之方向，亦即從基板載置面103a遠離之方向的機率成為最高之方式而設。為此，於氣體分子從側壁部211a脫離之情況下，朝向基板S之表面的方向之機率變更低，朝向上壁部211b之方向的機率會上升。其結果，氣體分子捕捉於上壁部211b之機率會上升，故可進一步減低氣體分子所致的基板S之表面的汙 染。
百葉件215，係傾斜之側壁部211a及底壁部211c的一部分相對於側壁部211a及底壁部211c之面傾斜而突出為板狀而設，百葉件215之根部係開口。百葉件215，係以相對於從側壁部211a及底壁部211c朝向上壁部211b之方向成為銳角的方式傾斜而設。依如此之構成，使得即使為氣體分子從百葉件215脫離之情況，氣體分子朝向基板S之表面方向的機率係低，朝向上壁部211b方向之機率係變高。
(第3實施形態)
圖11，係就作為本實施形態相關之進行基板的冷卻之基板處理裝置的基板冷卻裝置300作繪示之示意構成圖。基板冷卻裝置300，係與第1實施形態相關之基板冷卻裝置100係僅關於屏蔽311之構成有異，其他構成係相同。
於基板冷卻裝置300，係屏蔽311係可藉屏蔽驅動機構326沿著基板S或基板載置面103a之法線方向而上升及下降。屏蔽驅動機構326，係馬達、致動器等之任意的驅動手段。於屏蔽311與屏蔽驅動機構326之間，係為了可在保持腔室101之密閉狀態下移動屏蔽311，而設有可伸縮之風箱327。
於屏蔽311，係與第1實施形態有異，未設有開口部114及百葉件115。於基板S之搬送時，係使屏蔽 311移動於上方向(亦即，從基板S或基板載置面103a遠離之方向)，使得即使無開口部114仍可進行基板S之搬送。此外，於刷新處理時，係使屏蔽311移動於上方向，因而即使無百葉件115仍可排出從基板保持器103之表面所放出的氣體分子。如此，在本實施形態係設有可使屏蔽311上升及下降之屏蔽驅動機構326，故可簡略化屏蔽311之構成。此外，無開口部114及百葉件115，故可進一步減低於冷卻中氣體分子從屏蔽311之外側侵入於內側而污染基板S之表面的機率。
於利用基板冷卻裝置300而進行基板S之冷卻時，首先基板冷卻裝置300係藉屏蔽驅動機構326而使屏蔽311上升後，使基板S移動至基板載置面103a之上方，亦即不接觸於基板載置面103a之位置。之後，藉屏蔽驅動機構326而使屏蔽311下降後，於基板載置面103a上載置基板S。在此狀態下既定時間待機，冷卻基板。如此於基板S接觸於基板載置面103a上之前使屏蔽311下降，使得可於使基板S下降時將從基板保持器103放出之氣體分子捕捉於屏蔽311。
本發明，係不限定於上述之實施形態，於不脫離本發明的趣旨之範圍可適當變更。上述之各實施形態係在對於具備MTJ元件之基板的基板冷卻裝置及方法相關者作說明，惟本發明的適用對象係非限定於特定之元件者，可在對於任意之基板在真空中進行冷卻的基板冷卻裝置及方法方面作利用。
在上述之各實施形態係將重力方向作為上下方向而進行說明，惟構成裝置之方向係任意。例如，於將上述的各實施形態相關之基板冷卻裝置90度放倒而設(亦即，基板S之表面沿著重力方向而固定)情況下，上述之各實施形態下的上下方向，係換成相對於重力方向而垂直之方向即可。
100‧‧‧基板冷卻裝置
101‧‧‧腔室
101a‧‧‧上壁
101b‧‧‧側壁
101c‧‧‧下壁
102‧‧‧閘閥
103‧‧‧基板保持器
103a‧‧‧基板載置面
104‧‧‧升降銷
105‧‧‧升降銷驅動機構
106‧‧‧機械式夾具
107‧‧‧機械式夾具驅動機構
108‧‧‧風箱
109‧‧‧基板保持器冷卻部
110‧‧‧基板保持器支柱
111‧‧‧屏蔽
112‧‧‧屏蔽冷卻部
113‧‧‧屏蔽支柱
114‧‧‧開口部
115‧‧‧百葉件
116‧‧‧屏蔽加熱器
117‧‧‧腔室內加熱器
118‧‧‧腔室外加熱器
119‧‧‧排氣腔室
120‧‧‧排氣泵浦
121‧‧‧屏蔽內真空計
122‧‧‧腔室內真空計
123‧‧‧冷卻氣體導入部
124‧‧‧氣體管線
125‧‧‧氣體管線加熱器
S‧‧‧基板

Claims (10)

  1. 一種基板處理裝置，特徵在於：具備：可將內部真空排氣之腔室；於前述腔室內，具有可冷卻基板之基板載置面的基板保持器；於前述腔室內，具有包圍前述基板載置面之側方而設的側壁部之屏蔽；及冷卻前述屏蔽之屏蔽冷卻手段。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，前述屏蔽，係進一步具有對向於前述基板載置面之上壁部。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，前述側壁部，係以在捕捉於前述側壁部之氣體分子被放出時，從前述側壁部所脫離之前述氣體分子朝向從前述基板載置面遠離之方向的機率成為最高之方式而設。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，前述屏蔽，係進一步具有包圍前述基板保持器之側方的底壁部。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，於前述屏蔽的前述基板保持器側進一步具備加熱器。
  6. 一種方法，利用如申請專利範圍第1項之基板處理裝置而進行前述基板之冷卻，特徵在於：具有： 於前述基板載置面上載置前述基板之程序；及在前述基板保持器與前述屏蔽被冷卻之狀態下，冷卻前述基板之程序。
  7. 一種方法，進行如申請專利範圍第5項之基板處理裝置的維護，特徵在於：具備於在前述腔室內未配置基板之狀態下，使前述加熱器動作之程序。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，使前述加熱器動作之程序，係進行於利用如申請專利範圍第1項之基板處理裝置而進行第1基板之冷卻的程序、及利用如申請專利範圍第1項之基板處理裝置而進行第2基板之冷卻的程序之間。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其進一步具備使前述屏蔽沿著前述基板載置面之法線方向而上升及下降之屏蔽驅動機構。
  10. 一種方法，利用如申請專利範圍第9項之基板處理裝置而進行前述基板之冷卻，特徵在於：具有：在藉前述屏蔽驅動機構使前述屏蔽上升之狀態下，使前述基板移動至前述基板載置面之上方，亦即未接觸於前述基板載置面之位置的程序；藉前述屏蔽驅動機構使前述屏蔽下降之程序；於前述基板載置面上載置前述基板之程序；及在前述基板保持器與前述屏蔽被冷卻之狀態下，冷卻 前述基板之程序。
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